一种阵列式激光旋转打印增材制造设备及打印方法与流程

本发明属于增材制造技术领域，具体而言，涉及一种阵列式激光旋转打印增材制造设备及其打印方法。

背景技术：

激光打印作为一种增材制造技术，具有较高的打印精度和打印速度，材料适用范围广。与传统加工方式相比，3d打印机具有可节省加工原料、无需对加工废料进行后处理等优势。激光烧结成型利用分层叠加原理，把模型分解成平面，通过粉末作为原料把平面堆积成三维模型，由于烧结过程中原料可以重复利用，具有很好的加工经济性。

传统的激光3d打印机主要包括机架、工作腔体、气体检测装置、加热模块、机电模块、工作台、激光模块、送粉装置及铺粉装置、气体循环装置及控制系统组成，其利用工作腔带动工作台不断下移，铺粉装置在工作腔上方不断对送粉装置输出的粉末进行铺平、压实操作，并通过工作台位置相对应的激光模块对粉末进行烧结，以此实现三维模型的制造。

由于传统的3d打印设备成型仓较小，很难适应现代工业大型化要求，并且现有3d打印机的激光头大多采用振镜结构来控制3d打印的成型区域，这种方式对振镜安装要求较高，同时也增加了设备投入成本，现有技术基于小尺寸模型，打印大尺寸一般采用拼接打印的方式，这种打印方式应用在大尺寸零件打印上存在控制复杂、机构庞杂等问题，特别对于打印米级以上的旋转体，存在打印耗时长，效率过低的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种阵列式激光旋转打印增材制造设备及打印方法，采用多组激光器阵列式布置在激光器窗口上，应用于大尺寸零件打印时提高了加工效率。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种阵列式激光旋转打印增材制造设备，其包括：旋转打印平台，呈环形结构且绕中心轴旋转；机台固定平台，设置在旋转打印平台上方且机台固定平台上设置有打印工作单元；外侧支撑板，设置在机台固定平台上用于支撑机台固定平台，与旋转打印平台和机台固定平台形成打印腔；外壁挡板，设置在旋转打印平台和机台固定平台之间且固定在旋转打印平台的外径位置处，并沿旋转打印平台的圆周向上延伸；所述打印工作单元包括激光器窗口以及升降滑台；所述激光器窗口上阵列式布置有多组激光器。

根据本发明，阵列式激光旋转打印增材制造设备还包括设置在旋转打印平台和机台固定平台之间的内壁挡板；所述内壁挡板固定于旋转打印平台的内径位置处并沿旋转打印平台的圆周侧向上延伸。

优选地，所述外侧支撑板固定在机台固定平台的外径位置处，且沿机台固定平台的外周侧向旋转打印平台的方向延伸。

根据本发明，所述内壁挡板和外壁挡板的横截面均呈圆环型。优选地，所述内壁挡板和外壁挡板与机台固定平台之间具有间隙。

根据本发明，所述内壁挡板和外壁挡板均延伸至旋转打印平台的打印区域的台面下方。优选地，所述内壁挡板和外壁挡板与旋转打印平台一体成型。

根据本发明，所述升降滑台上设置有送粉装置，所述送粉装置在升降滑台的控制下上下移动。优选地，送粉装置上还设置有刮刀，所述刮刀随着送粉装置在升降滑台的控制下上下移动。优选地，刮刀位于送粉装置相对于旋转打印平台的旋转方向的后方。

根据本发明，所述激光器窗口呈矩形，多组激光器沿矩形的对角线阵列式布置。优选地，激光器窗口处设置有例如4组、5组、6组或7组激光器。

根据本发明，机台固定平台上布置有多个打印单元；所述打印单元例如可以为4～7个；优选所述打印单元为6个。

根据本发明，阵列式激光旋转打印增材制造设备还包括固定在升降滑台上且在其控制下上下移动的气体循环装置。

根据本发明的另一方面，还提供了一种阵列式激光旋转打印增材制造设备的打印方法，包括以下步骤：s1、启动开关，送粉装置将打印粉末原料输送到旋转打印平台，同时旋转打印平台开始旋转，通过刮刀铺粉压实原料使得原料流转进入打印区域；s2、位于机台固定平台上的打印单元开始工作，多组所述激光器产生激光并通过激光器窗口到达打印区域激光打印，完成一层打印；以及s3、调整升降滑台向远离机台固定平台的位置移动，重复步骤s2；s4、重复步骤s2和s3，直到最终完成所需要零件的打印。

根据本发明，机台固定平台上均匀设置有多组打印单元；例如打印单元可以为4～7个；优选打印单元为6个，旋转打印平台旋转60°。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的激光旋转3d打印设备，利用激光将粉末逐层融化堆积成型，针对环形回转零件的特点，设计了旋转打印平台及其附属机构，整个打印过程只需对旋转打印平台的旋转和升降滑台的上下运动进行控制即可，简化了传统3d激光器光路振镜部分，提高了打印的稳定性，且减少了设备投入，降低了成本。

2、本发明打印环形零件时可以根据尺寸分割成若干个小的环形圈(类似跑道)，多组激光器采用阵列式布置在激光器窗口上，一组激光器(或者一束激光)负责内部一个小环形圈零件的打印成型，这样可以增加径向方向激光器布置数量，采用大光斑激光器，减少激光器的扫描路径，提高加工效率。3、本发明针对超大型回转体零件，在保证设备空间和布置的情况下，还可以在机台固定平台上布置若干个激光器窗口，每个激光器窗口上阵列式布置多组激光器，最大可能地缩短一层零件的打印成型时间，提高了零件的加工效率。

附图说明

图1是本发明实施例中阵列式激光旋转打印增材制造设备的内部三维结构示意图。

图2是本发明实施例中激光器在激光器窗口阵列式排布的结构示意图。

图3是本发明实施例中旋转打印平台的俯视图。

附图标记：1.旋转打印平台；2.内壁挡板；3.机台固定平台；4.激光器窗口；5.升降滑台；6.刮刀；7.送粉装置；8.气体循环装置；9.激光器；10.外壁挡板；11.打印区域；12.外侧支撑板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。需要强调，此处描述的具体实施例仅用于更好的阐述本发明，为本发明部分实施例，而非全部实施例，所以并不用作限定本发明。此外，下面描述的本发明实施例中涉及的技术特征，只要彼此间未构成冲突，即可以相互组合。

综合参见图1-3所示，根据本发明的一种实施例，阵列式激光旋转3d打印设备包括旋转打印平台1，内壁挡板2，机台固定平台3，激光器窗口4，激光器9，升降滑台5，刮刀6，送粉装置7，气体循环装置8，外壁挡板10，打印区域11，外侧支撑板12。

下面针对本发明的设备结构进行说明：如图1和图3所示，旋转打印平台1为绕中心轴旋转的环形零件。机台固定平台3设置在旋转打印平台1上方，机台固定平台3的外径位置处设置有外侧支撑板12，用于支撑机台固定平台3，这样旋转打印平台1、机台固定平台3以及外侧支撑板12形成密封腔，维持打印空间内的气体环境。旋转打印平台1和机台固定平台3之间设有内壁挡板2和外壁挡板10，内壁挡板2、外壁挡板10分别固定在旋转打印平台1内径、外径位置处。

机台固定平台3上设置有激光器窗口4，激光器窗口4正下方的旋转打印平台1表面为打印区域11。如图2所示，激光器窗口4上阵列式排布有多组激光器9，优选可以根据打印面积成一定角度排列。固定在激光器窗口4上的多组激光器9可以根据打印零件的形状排列成一定样式，如打印环形零件可以根据尺寸被分割成若干个小的环形圈(类似跑道)，多组激光器9采用阵列式布局，一组激光器9(或者一束激光)负责内部一个小环形圈零件的打印成型。

升降滑台5固定在机台固定平台3上，送粉装置7固定在升降滑台5上，上部送粉罐等常规机构同传统3d打印机。通过升降滑台5控制送粉装置7上下移动，刮刀6固定在送粉装置7上(位于送粉装置相对于转盘旋转方向后方)，这样升降滑台5可以控制送粉装置7和刮刀6上下移动。气体循环装置8同样固定在升降滑台5上，通过升降滑台5控制气体循环装置8上下移动。送粉装置7和气体循环装置8与机台固定平台3接触位置均设有泛塞圈进行密封。

气体循环装置8的作用有两点：1、保持腔室内有稳定的保护气体，以防止打印原料(如钛合金粉末)遇到空气会发生反应，或者打印粉末可能吸收空气中水分受潮；2、打印过程中由于激光烧结在打印粉体上，粉体烧结后产生烟雾，烟雾会阻拦激光光路，进而导致激光无法到达打印粉体，影响激光打印成型，此时需要气体循环装置8把烟雾排出。

工作过程如下：打开开关，旋转打印平台1绕中心轴旋转，送粉装置7把打印粉末原料通过管路输送到旋转打印平台1，即原料从送粉装置7处落下，此时由于相对运动，通过刮刀6铺平打印粉末原料，打印原料流转进入打印区域11，多束激光通过激光器窗口4到达打印区域11，打印原料通过激光器9进行扫描成型。在一层打印完成后，升降滑台5向远离机台固定平台3的位置移动，重复上述步骤，最终完成所需要零件的打印。

在本发明的一个优选实施例中，可以采用大光斑激光对成型区域进行激光烧结成型作业，这样可以极大的减少激光器在成型区域的扫描路径，提高加工效率。

在本发明的一个优选实施例中，针对超大型回转体零件，在保证设备空间和布置的情况下，可以在机台固定平台3上按照上述结构步骤布置一个以上的打印单元。如图1所示，可以在机台固定平台3上布置6个打印单元进行回转体加工，即在机台固定平台3上平均布置6个激光器窗口4以及升降滑台5等相应结构，每个激光器窗口4上设置多组激光器9，这样回转打印平台1工作时只需旋转60°角度即可完成一层零件的打印加工。本发明优选但不局限于上述方式，可以根据实际零件状态和工作效率实际配置合适个数的打印单元，如可设置7个、5个、4个甚至1个。当机台固定平台3上设置有一个激光器窗口4时，打印一层零件后旋转打印平台1需转过的角度为360°，即旋转打印平台1转过一圈才完成零件一层的打印。当机台固定平台3上阵列式均匀布置6个激光器窗口4时，每个打印单元均按照上述结构布置，打印一层零件，旋转打印平台1需转过的角度为60°，这样对于大型环形零件，可以极大的缩短打印成型时间，提高加工效率。

零件打印完成后，机台固定平台3和外支撑板12可以完整的脱离已打印零件主体，可以很方便地从旋转打印平台上取出已完成的零件。本发明的阵列式激光旋转3d打印设备可以根据实际需要打印不同的零件，如在本发明一个图中未示出的实施例中，内壁挡板2可根据实际零件情况进行拆除，这样可以满足圆形实心零件的打印需求。

以上所述仅为本发明实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。